一種孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于微網(wǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，基于可再生能源的分布式發(fā)電(DG)的大規(guī)模應(yīng)用是未來電力工業(yè)實現(xiàn)低碳化的最有效解決方案之一。而微網(wǎng)可將各類DG、儲能裝置以及負(fù)荷進(jìn)行有效集成，實現(xiàn)對局部區(qū)域靈活、可靠和經(jīng)濟(jì)供電，成為近年來新能源領(lǐng)域的研宄熱點。微網(wǎng)可實現(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理，既可與配電網(wǎng)并網(wǎng)運行，又可呈孤島方式獨立運行。孤島運行模式主要適用于以下兩種情況:(I)上游配電網(wǎng)發(fā)生故障時，微網(wǎng)與其解列，呈孤島模式運行以保證對重要負(fù)荷的可靠供電；(2)為偏遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣地區(qū)提供電能，在有效避免長距離、高投資輸電線路建設(shè)的同時，實現(xiàn)能源的就地選取、高效利用。孤立微網(wǎng)可有效緩解我國東、南部大量海島由于遠(yuǎn)離大陸、電源單一等原因所造成的供電可靠性差、能源開發(fā)利用水平低等問題，為海島的深度開發(fā)、生態(tài)保護(hù)及居民生活水平的提高帶來了機遇，具有重要的戰(zhàn)略意義。
[0003]微網(wǎng)特別是孤立微網(wǎng)在組成結(jié)構(gòu)和運行機制上與傳統(tǒng)電網(wǎng)有很大不同。微網(wǎng)系統(tǒng)慣性小、阻尼不足、抗干擾能力弱，同時微網(wǎng)中間歇性可再生能源(風(fēng)能、太陽能、海洋能)所占比例較大，其運行時抵御外界環(huán)境擾動的能力較弱，維持微網(wǎng)頻率穩(wěn)定的難度較大。為此，微網(wǎng)中通常配備一定容量的微型發(fā)電單元(柴油發(fā)電機、微型燃?xì)廨啓C或燃料電池)來提供系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)。然而此類裝置動態(tài)特性較慢，頻率追蹤調(diào)節(jié)能力較差，且在本質(zhì)上仍無法擺脫對化石能源的依賴，存在利用效率低、成本高以及污染重等問題。為解決此問題，儲能系統(tǒng)(Energy Storage System, ESS)的快速發(fā)展被看作是微網(wǎng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵技術(shù)之一O
[0004]就國內(nèi)外研宄現(xiàn)狀來看，ESS作為微網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，在提高微網(wǎng)運行穩(wěn)定性、改善電能質(zhì)量等方面的作用獲得了廣泛認(rèn)同:研宄表明，ESS在合理控制下，可進(jìn)行有功及無功的獨立控制，達(dá)到有效平滑微網(wǎng)內(nèi)部及微網(wǎng)與外網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動的問題；研宄表明，ESS可以提高微網(wǎng)容量可信度，使其成為大電網(wǎng)的可控單元，具有可預(yù)測性和可調(diào)度性的特點。然而，基于單一蓄電池(BESS)或超級電容器(SC)儲能介質(zhì)的ESS很難滿足微網(wǎng)動態(tài)變化過程中對功率密度及能量密度的雙重要求，如對BESS的過分利用會導(dǎo)致其物理特性的變化，嚴(yán)重破壞其使用壽命；而對SC的過度使用極易觸發(fā)其端電壓的上下限而退出工作，為此混合儲能系統(tǒng)(Hybrid Energy Storage System, HESS)應(yīng)運而生。HESS與單一 ESS相比，控制方式及容量配置均更加靈活，具有更廣闊的應(yīng)用前景。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型為解決微網(wǎng)頻率控制工作中的對BESS的過度使用導(dǎo)致蓄電池使用壽命短，微網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性及可靠性低的問題而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安裝使用方便、提高工作效率的孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器。
[0006]本實用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0007]本實用新型實施例的孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器，該孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器包括:測量單元、參考功率產(chǎn)生單元、蓄電池/超級電容器功率控制單元、蓄電池及超級電容器脈沖產(chǎn)生單元；
[0008]測量單元連接參考功率產(chǎn)生單元，參考功率產(chǎn)生單元連接蓄電池/超級電容器功率控制單元，蓄電池/超級電容器功率控制單元連接蓄電池及超級電容器脈沖產(chǎn)生單元。
[0009]本實用新型還可以采用如下技術(shù)措施:
[0010]在本實用新型的實施例中，該孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器設(shè)置用于實時測量微網(wǎng)頻率以及蓄電池荷電狀態(tài)的測量單元。
[0011]進(jìn)一步，該孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器設(shè)置用于接收測量單元所測微網(wǎng)頻率，蓄電池荷電狀態(tài)，通過頻率控制算法得到蓄電池及超級電容器功率參考值的參考功率產(chǎn)生單元，該頻率控制算法采用改進(jìn)的孤立微網(wǎng)頻率滯環(huán)控制算法實現(xiàn)蓄電池(BESS)和超級電容器(SC)的功率參考值計算，通過引入頻率滯環(huán)優(yōu)化蓄電池的功率參考值，定向控制蓄電池的工作狀態(tài)，以避免蓄電池小電流充放電。
[0012]改進(jìn)的孤立微網(wǎng)頻率滯環(huán)控制算法通過將實時采集的微網(wǎng)頻率4_和頻率額定值入下垂控制器，輸出功率參考信號P ref, PMf經(jīng)低通濾波器分解得到低頻分量Pref,/ ,Pref,/進(jìn)一步輸入頻率滯環(huán)控制器，以定向控制蓄電池(BESS)的工作狀態(tài)，然后經(jīng)過蓄電池(BESS)越限保護(hù)環(huán)節(jié)輸出蓄電池(BESS)功率參考值!\ef，bat。PrefP ref,b；的差值為高頻功率分量Prets，經(jīng)過超級電容器(SC)越限保護(hù)環(huán)節(jié)可輸出超級電容器(SC)功率參考值PMf，s。。若蓄電池(BESS)的蓄電池荷電狀態(tài)(state of charge, SOC)與超級電容器(SC)端電壓Us。均無越限情況，則二者輸出的功率參考值分別為P Mf，b和P ref,so
[0013]而且，所述的頻率滯環(huán)控制算法在保證微網(wǎng)頻率控制精度維持在可接受范圍內(nèi)的前提下，進(jìn)一步減少蓄電池(BESS)的充放電次數(shù)，提高其使用壽命；該頻率滯環(huán)引入3個觸發(fā)頻率值(frate，fmin+Af，fmax-Af)來共同決定蓄電池(BESS)響應(yīng)孤立微網(wǎng)頻率控制信號的動作情況。頻率觸發(fā)信號將孤立微網(wǎng)允許頻率波動范圍[fmin，fmax]劃分為蓄電池(BESS)的工作區(qū)與非工作區(qū)。當(dāng)f_s到達(dá)觸發(fā)頻率值f min+ Δ f或fmax- Λ f時，蓄電池(BESS)處于工作區(qū)，通過與微網(wǎng)交換功率參與頻率調(diào)節(jié)，直到f_s到達(dá)下一個觸發(fā)頻率值f 當(dāng)頻率量測值f_s到達(dá)觸發(fā)頻率值時，蓄電池(BESS)停止工作，輸出為0，直到f _s到達(dá)下一個觸發(fā)頻率值(fmin+Af或fmax-Af)，在此期間，蓄電池(BESS) —直處于非工作區(qū)，可避免較小的充放電電流對蓄電池(BESS)使用壽命的影響?；诖艘?guī)律，蓄電池(BESS)隨著孤立微網(wǎng)頻率的不斷變化而在工作區(qū)與非工作區(qū)之間進(jìn)行動態(tài)切換，根據(jù)微網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)蓄電池(BESS)的工作狀態(tài)。
[0014]進(jìn)一步，該孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器設(shè)置用于接收參考功率產(chǎn)生單元的功率參考值，得到蓄電池和超級電容器逆變器控制信號的蓄電池/超級電容器功率控制單
J L.ο
[0015]進(jìn)一步，該孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器設(shè)置用于接收蓄電池/超級電容器功率控制單元的逆變器控制信號，得到控制蓄電池和超級電容器逆變器動作脈沖信號的蓄電池及超級電容器脈沖產(chǎn)生單元。
[0016]進(jìn)一步，所述的孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器設(shè)置有根據(jù)各自功率參考值通過功率外環(huán)器和電流內(nèi)環(huán)控制器得到逆變器控制信號的蓄電池/超級電容器功率控制單
J L.ο
[0017]進(jìn)一步，所述的孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器設(shè)置有根據(jù)各自的逆變器控制信號通過PWM調(diào)制電路得到逆變器脈沖控制信號的蓄電池/超級電容器脈沖生成單元。
[0018]本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是:由于本實用新型由測量單元、參考功率產(chǎn)生單元、蓄電池/超級電容器功率控制單元、蓄電池及超級電容器脈沖產(chǎn)生單元組成，通過微網(wǎng)頻率實時采集以及儲能單元功率分配等功能實現(xiàn)對孤立微網(wǎng)頻率的控制，在傳統(tǒng)的混合儲能系統(tǒng)控制器的基礎(chǔ)上，克服現(xiàn)有微網(wǎng)頻率控制工作中的對蓄電池(BESS)過度使用導(dǎo)致壽命短，微網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性及可靠性低的問題，提出一種孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器，充分利用了蓄電池(BESS)與超級電容器(SC)儲能特性優(yōu)點的同時，通過引入頻率滯環(huán)來充分協(xié)調(diào)孤立微網(wǎng)頻率控制精度與蓄電池(BESS)充放電次數(shù)的關(guān)系，進(jìn)一步優(yōu)化了蓄電池(BESS)與超級電容器(SC)的充放電功率。
[0019]本實用新型通過改變微網(wǎng)頻率控制精度來避免蓄電池(BESS)小電流充放電，超級電容器(SC)不直接承擔(dān)蓄電池(BESS)滯環(huán)控制后可能避免的小功率，因此對超級電容器(SC)影響較小。與傳統(tǒng)混合儲能系統(tǒng)(HESS)頻率控制器比，本實用新型在頻率控制精度與蓄電池(BESS)使用壽命之間尋求理想的平衡，在保障微網(wǎng)頻率控制精度維持在可接受范圍內(nèi)的前提下，進(jìn)一步減少蓄電池(BESS)的小電流充放電次數(shù)，提高蓄電池(BESS)的使用壽命，可有效提高微網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性及可靠性，具有良好的實用性和工程應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型實施例提供的孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖中:1、測量單元；2、參考功率產(chǎn)生單元；3、蓄電池/超級電容器功率控制單元；4、蓄電池及超級電容器脈沖產(chǎn)生單元；
[0022]圖2是本實用新型實施例提供的參考功率產(chǎn)生單元(頻率控制算法)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是本實用新型實施例提供的頻率滯環(huán)基本原理圖。
【具體實施方式】
[0024]為能進(jìn)一步了解本實用新型的【實用新型內(nèi)容】、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:本實用新型所用到的單元都屬于已知單元，在購買硬件單元時，已經(jīng)安裝有軟件。本實用新型不存在軟件或方法的創(chuàng)新。
[0025]請參閱圖1:
[0026]如圖1所示，本實用新型實施例的孤立微網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)頻率控制器主要由:測量單元1、參考功率產(chǎn)生單元2、蓄電池/超級電容器功